Kuka löysi Ribosomen rakenteen?

Ribosomeja kutsutaan kaikkien solujen proteiinivalmistajiksi. Proteiinit hallitsevat ja rakentavat elämää.

Siksi, ribosomit ovat välttämättömiä elämälle. Huolimatta löydöstään 1950-luvulla, kesti useita vuosikymmeniä, ennen kuin tutkijat todella selvittivät ribosomien rakenteen.

TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)

Ribosomit, jotka tunnetaan kaikkien solujen proteiinitehtaina, löysi ensin George E. Palade. Ada E. määritteli kuitenkin vuosikymmeniä myöhemmin ribosomien rakenteen. Yonath, Thomas A. Steitz ja Venkatraman Ramakrishnan.

Ribosomit saavat nimensä ribonukleiinihapon (RNA) ja soman, joka on latinankielinen keho, "ribosta".

Tutkijat määrittelevät ribosomit rakenteeksi, joka löytyy soluista, yksi useista pienemmistä soluista organellit. Ribosomeilla on kaksi alayksikköä, yksi iso ja toinen pieni. Ydin tuottaa nämä alayksiköt, jotka lukittuvat yhteen. Ribosomaalinen RNA ja proteiinit (riboproteiinit) muodostavat ribosomin.

Jotkut ribosomit kelluvat sytoplasma solun, kun taas toiset kiinnittyvät soluun

Organismista riippuen solussa voi olla useita tuhansia tai jopa miljoonia ribosomeja. Ribosomeja esiintyy sekä prokaryoottisissa että eukaryoottisissa soluissa. Niitä löytyy myös bakteereista, mitokondrioista ja kloroplasteista. Ribosomeja esiintyy enemmän soluissa, jotka vaativat jatkuvaa proteiinisynteesiä, kuten aivo- tai haimasolut.

Jotkut ribosomit voivat olla melko massiivisia. Eukaryooteissa niissä voi olla 80 proteiinia ja ne voivat koostua useista miljoonista atomista. Heidän RNA-osuus vie enemmän massaa kuin proteiini-osansa.

Ribosomit ottavat kodonit, jotka ovat kolmen nukleotidin sarjoja messenger-RNA: sta (mRNA). Kodoni toimii templaattina solun DNA: sta tietyn proteiinin valmistamiseksi. Ribosomit kääntävät sitten kodonit ja sovittavat ne aminohappoon siirtää RNA: ta (tRNA). Tämä tunnetaan nimellä käännös.

Ribosomilla on kolme tRNA: n sitoutumiskohtaa: an aminoasyyli sitoutumiskohta (A-paikka) aminohappojen kiinnittämiseksi, a peptidyyli sivusto (P-sivusto) ja poistua sivusto (E-sivusto).

Tämän prosessin jälkeen translatoitu aminohappo rakentuu proteiiniketjulle, jota kutsutaan a polypeptidi, kunnes ribosomit saattavat työnsä loppuun proteiinin valmistamiseksi. Kun polypeptidi vapautuu sytoplasmaan, siitä tulee funktionaalinen proteiini. Tämä prosessi on, miksi ribosomit määritellään usein proteiinitehtaiksi. Kolme proteiinituotannon vaihetta kutsutaan initiaatioksi, venymiseksi ja translaatioksi.

Nämä mekaaniset ribosomit toimivat nopeasti, joissakin tapauksissa vierekkäin 200 aminohappoa minuutissa; prokaryootit voivat lisätä 20 aminohappoa sekunnissa. Monimutkaisten proteiinien kokoaminen kestää muutaman tunnin. Ribosomit tuottavat suurimman osan nisäkässolujen noin 10 miljardista proteiinista.

Valmiit proteiinit voivat puolestaan ​​muuttua tai taittua; tätä kutsutaan translaation jälkeinen muokkaus. Eukaryooteissa Golgin laite täydentää proteiinin ennen sen vapautumista. Kun ribosomit ovat lopettaneet työnsä, niiden alayksiköt joko kierrätetään tai puretaan.

George E. Palade löysi ensimmäisen kerran ribosomit vuonna 1955. Paladen ribosomikuvaus kuvasi ne sytoplasmisina hiukkasina, jotka liittyivät endoplasman verkkokalvoon. Palade ja muut tutkijat löysivät ribosomien toiminnan, joka oli proteiinisynteesi.

Francis Crick jatkaisi muodostamista keskeinen biologian dogma, joka tiivisti elämän rakentamisen prosessin "DNA saa RNA: n tekemään proteiinia".

Vaikka yleinen muoto määritettiin elektronimikroskopiakuvilla, ribosomien todellisen rakenteen määrittäminen vei vielä useita vuosikymmeniä. Tämä johtui suurelta osin suhteellisen valtavasta ribosomien koosta, joka esti niiden rakenteen analyysin kidemuodossa.

Palade löysi ribosomin, mutta muut tutkijat määrittivät sen rakenteen. Kolme erillistä tutkijaa löysi ribosomien rakenteen: Ada E. Yonath, Venkatraman Ramakrishnan ja Thomas A. Steitz. Nämä kolme tutkijaa palkittiin kemian Nobel-palkinnolla vuonna 2009.

Kolmiulotteisen ribosomirakenteen löytö tapahtui vuonna 2000. Vuonna 1939 syntynyt Yonath avasi oven tälle ilmoitukselle. Hänen projektityönsä alkoi 1980-luvulla. Hän käytti kuumien lähteiden mikrobeja eristääkseen ribosomit, johtuen niiden vankasta luonteesta ankarassa ympäristössä. Hän pystyi kiteyttämään ribosomit, jotta ne voitaisiin analysoida röntgenkristallografian avulla.

Tämä loi ilmaisimen pisteiden kuvion, jotta ribosomaalisten atomien sijainnit voitiin havaita. Yonath valmisti lopulta korkealaatuisia kiteitä kryokristallografiaa käyttäen, mikä tarkoittaa, että ribosomaaliset kiteet pakastettiin estämään niiden hajoamista.

Sitten tutkijat yrittivät selvittää pisteiden kuvioiden "vaihekulman". Teknologian kehittyessä menettelyn tarkentaminen johti yksityiskohtiin yhden atomin tasolla. Steitz, syntynyt vuonna 1940, pystyi selvittämään, mitkä reaktiovaiheet koskivat mitä atomeja niiden yhteyksissä aminohappoja. Hän löysi ribosomin suuremman yksikön vaihetiedot vuonna 1998.

Vuonna 1952 syntynyt Ramakrishan puolestaan ​​pyrki ratkaisemaan röntgendiffraktiovaiheen hyvälle molekyylikartalle. Hän löysi ribosomin pienemmän alayksikön vaihetiedot.

Tänään täydellisen ribosomikristallografian edistykset ovat johtaneet ribosomikompleksirakenteiden parempaan resoluutioon. Vuonna 2010 tutkijat kiteyttivät menestyksekkäästi eukaryoottiset 80S-ribosomit Saccharomyces cerevisiae ja pystyivät kartoittamaan sen röntgenrakenteen ("80S" on luokittelutyyppi, jota kutsutaan Svedberg-arvoksi; lisää tästä pian). Tämä puolestaan ​​johti enemmän tietoa proteiinisynteesistä ja säätelystä.

Pienempien organismien ribosomit ovat toistaiseksi osoittautuneet helpoiksi työskennellä ribosomirakenteen määrittämiseksi. Tämä johtuu siitä, että ribosomit itse ovat pienempiä ja vähemmän monimutkaisia. Lisätutkimuksia tarvitaan auttamaan määrittämään korkeampien organismien ribosomien rakenteet, kuten ihmisillä. Tutkijat toivovat myös oppivan lisää taudinaiheuttajien ribosomaalisesta rakenteesta taudin torjunnassa.

Termi ribotsyymi viittaa suurempaan ribosomin kahdesta alayksiköstä. Ribotsyymi toimii entsyyminä, joten sen nimi. Se toimii katalysaattorina proteiinikokoonpanossa.

Svedberg (S) -arvot kuvaavat sedimentaation nopeutta sentrifugissa. Tutkijat kuvaavat usein ribosomaalisia yksiköitä käyttämällä Svedberg-arvoja. Esimerkiksi prokaryooteilla on 70S-ribosomeja, jotka koostuvat yhdestä yksiköstä 50S: n kanssa ja yhdestä 30S: stä.

Nämä eivät täsmää, koska sedimentaationopeudella on enemmän tekemistä koon ja muodon kuin molekyylipainon kanssa. Eukaryoottiset soluttoisaalta sisältävät 80S-ribosomeja.

Ribosomit ovat välttämättömiä koko elämälle, koska ne tuottavat proteiineja, jotka takaavat elämän ja sen rakennuspalikat. Joitakin ihmisen elämän kannalta välttämättömiä proteiineja ovat punasoluissa oleva hemoglobiini, insuliini ja vasta-aineita, monien muiden joukossa.

Kun tutkijat paljastivat ribosomien rakenteen, se avasi uusia mahdollisuuksia etsintään. Yksi tällainen etsintätapa on uudet antibioottilääkkeet. Esimerkiksi uudet lääkkeet saattavat pysäyttää taudin kohdistamalla bakteerien ribosomien tietyt rakenteelliset komponentit.

Yonathin, Steitzin ja Ramakrishnanin löytämän ribosomien rakenteen ansiosta tutkijat tietävät nyt tarkat sijainnit aminohappojen ja paikkojen välillä, joissa proteiinit lähtevät ribosomeista. Nollaaminen antibioottien kiinnittymispaikalle ribosomeihin avaa paljon paremman tarkkuuden lääketoiminnassa.

Tämä on ratkaisevan tärkeää aikakaudella, jolloin aiemmin lujat antibiootit ovat kohdanneet antibiooteille vastustuskykyisiä bakteerikantoja. Ribosomirakenteen löytäminen on siksi erittäin tärkeää lääketieteelle.